【手続補正書】
【提出日】平成18年7月4日(2006.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】治療者用訓練装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療者の肢体を動かして訓練する治療者用訓練装置において、
前記治療者の治療部位と治療方法を入力する治療方法入力部と、
前記治療者の治療部位と治療方法ごとに適した複数の目標軌道と目標インピーダンスを記憶する治療方法記憶部と、
前記治療者の肢体にかかる負荷を計測する負荷計測部と、
前記肢体の位置を計測する位置計測手段と、
前記負荷計測部の力情報と前記位置計測手段の位置情報から目標とする治療方法に最適な目標軌道と目標速度、目標インピーダンスを設定する軌道設定部と、
前記軌道設定部の設定軌道に沿って前記肢体を駆動する手段と、を備えたことを特徴とする治療者用訓練装置。
【請求項２】
軌道設定部の判断結果を患者に通知する手段と、
意図した治療を行うために必要な修正方法を患者に通知する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の治療者用訓練装置。
【請求項３】
患者の生体情報を計測する生体情報計測部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の治療者用訓練装置。
【請求項４】
前記治療方法記憶部は、治療部位と治療方法ごとに応じてあらかじめ入力する肢体動作パターンを、目標軌道と目標インピーダンスとに分解し、肢体の角度、角速度、負荷、その他の生体情報に応じて分類し、記憶することを特徴とする請求項１または２記載の治療者用訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、治療者の肢体を動かす肢体駆動装置のうち、熟練した治療者の技術を考慮して肢体を動かし訓練する訓練装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
整形外科で用いられる従来の関節運動装置や理学療法科で用いられる従来の運動療法装置は以下のようになっている。
１）たとえば、特開昭60-179062、特開昭60-232158、特開昭61-170464、特公平4-14028などに開示されている運動装置は、肢体の稼働角度を数値で設定すると、その角度に従って一定速度で治療者や患者の肢体を運動させ、連続他動運動を行う。この運動は関節可動域の訓練をすることを主な目的としており、これらの技術を適用した製品の一つにマンソン社のＬ４Ｋがある。
２）また、特公昭57-44337、特公平3-54587に開示されている運動装置は、他動運動の他に、筋力増強などを目的とした等尺運動、等張運動、等速運動などの自動運動を行えるようになっている。他動運動をするときは、連続的に角度を入力して運動させる動かし方のほかに、肢体を動かして動作を教示し、教示したとおりに運動させる動かし方がある。この場合、教示手段が用いられ、稼働角度が時系列データとして設定されて、その時系列データに従って肢体を運動させるようになっている。また自動運動をするときは、肢体が自ら能動的に力を発揮して運動できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、他動運動と自動運動いずれの場合も、治療者の意志に関係なく、あらかじめ設定された目標軌道に沿って肢体を動かすため、肢体に過負荷が加わるという危険性が残っている。また、治療者によっては最適な運動を行えないという問題があった。そこで本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、熟練治療者の技術を反映させた運動をさせて訓練することができる訓練装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明は、治療者の肢体を動かして訓練する治療者用訓練装置において、前記治療者の治療部位と治療方法を入力する治療方法入力部と、前記治療者の治療部位と治療方法ごとに適した複数の目標軌道と目標インピーダンスを記憶する治療方法記憶部と、前記治療者の肢体にかかる負荷を計測する負荷計測部と、前記肢体の位置を計測する位置計測手段と、前記負荷計測部の力情報と前記位置計測手段の位置情報から目標とする治療方法に最適な目標軌道と目標速度、目標インピーダンスを設定する軌道設定部と、前記軌道設定部の設定軌道に沿って前記肢体を駆動する手段と、を備えたことを特徴としている。
また、本発明は、軌道設定部の判断結果を患者に通知する手段と、意図した治療を行うために必要な修正方法を患者に通知する手段と、を備えたことを特徴としている。
また、本発明は、患者の生体情報を計測する生体情報計測部を備えたことを特徴とするとしている。
また、本発明は、前記治療方法記憶部が、治療部位と治療方法ごとに応じてあらかじめ入力する肢体動作パターンを、目標軌道と目標インピーダンスとに分解し、肢体の角度、角速度、負荷、その他の生体情報に応じて分類し、記憶することを特徴としている。
このようになっているため、熟練治療者の技術を反映した運動をして肢体の訓練をすることができるのである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の治療用訓練装置の構成を示すブロック図であり、自由度が１で、治療者自らが訓練する時に使う自動介助運動用の訓練装置の実施例を示している。図１において、１０１は肢体を固定する肢体固定部、１０２は肢体固定部１０１を動かす機構部、１０３は肢体にかかる負荷を計測する負荷計測部、１０４は機構部１０２を駆動するモータ、１０５はモータ１０４の回転角を検出する回転角検出計、１０６は負荷計測部１０３の力情報と回転角検出計１０５の位置情報から、治療者に負担がかからず、目標とする訓練に最適な目標軌道と目標インピーダンスを設定する軌道設定部、１０７は対象となる治療部位や治療方法を入力する治療方法入力部、１０８はあらかじめ治療部位や治療方法ごとに適した複数の目標軌道と目標インピーダンスを記憶する治療方法記憶部、１０９は力情報を機構部１０２の変位に変換するとともに、軌道設定部１０６によって変更できる変位算出部、１１０は角度指令にもとづいてモータ１０４を制御するサーボコントローラである。
【０００６】
このような構成をした訓練装置は次のように動作する。まず治療者が対象となる治療部位と治療方法を治療方法入力部１０７から入力すると、肢体を肢体固定部１０１に固定して訓練を開始する。すると、その後は、治療者の負荷を負荷計測部１０３で計測した力情報と、回転角検出計１０５の位置情報が常時軌道設定部１０６へ送られる。軌道設定部１０６はこれらの情報と、治療方法入力部１０７から入力された情報を基に、治療者に余計な負荷をかけず効果的な訓練が行える目標軌道と目標インピーダンスを治療方法記憶部１０８から選択し、目標インピーダンスの変更指令を変位算出部１０９へ送る。変位算出部１０９が設定された目標インピーダンスと負荷計測部１０３の力情報を基に算出した変位を出力すると、軌道設定部１０６が出力する目標軌道が加算され、回転角検出計１０５の角度情報が差し引かれてサーボコントローラ１１０の指令となる。サーボコントローラ１１０はその指令を基にモータ１０４を制御する。
【０００７】
ここで治療方法記憶部１０８に格納されている情報について説明する。その情報は、図２に示すように治療部位と治療方法ごとに応じてあらかじめ熟練した医師が訓練を行う際の肢体動作パターンを目標軌道と目標インピーダンスに分解したものであり、肢体の角度、角速度、負荷に応じて分類されている。動作パターンの分解と分類には、例えば過去に行った訓練時のパラメータの平均値が用いられる。図２では治療者の負荷Ｆ、肢体の角度θｂ、角速度ωｂごとに目標インピーダンス、目標角度、目標角速度が分類され、記憶された例が示されている。
【０００８】
次に軌道設定部１０６の機能について説明する。軌道設定部１０６は、治療方法入力部１０７から入力された治療に関する情報と、治療者の負荷と、肢体の位置と速度から、治療者に最も負担をかけず効率的な訓練を行える軌道と目標インピーダンスを、治療方法記憶部１０８のパラメータテーブルから選択して取り出し、変位算出部１０９に設定する。図２の例では治療者用訓練装置の目標インピーダンス（Ｍ、Ｄ、Ｋ）と、目標角度θ、目標角速度ωが、治療者の負荷Ｆ、肢体の角度θｍ、角速度ωｍによって分類されている。従って、例えば肢体の角速度ωｍ、角度θｍ、負荷Ｆが以下のような条件の場合、
ωm：ａ（°／ｓ）＜ωm＜ｂ（°／ｓ）
θm：Ａ（°）＜θm＜Ｂ（°）                                （１）
Ｆ：ａ（Ｎ）＜Ｆ＜β（Ｎ）
各パラメータは以下のように設定される。
目標インピーダンス：Ｍ１１、Ｄ１１、Ｋ１１
目標角度：θ１１
目標角速度：ω１１
ここで、肢体の動作により、肢体の負荷Ｆ、肢体の角度θｍ、角速度ωｍのうちいずれかの値が（１）式の範囲から外れた場合は、起動設定部１０６は再度各パラメータの設定を行う。
【０００９】
次に本発明の変形例である実施例２について図３を用いて説明する。図３において、３０１は軌道設定部の判断結果と意図した治療を行うために必要な修正方法を治療者に通知する修正方法通知部である。本実施例では、軌道設定部１０６は、前記実施例の動作に加えて、目的とする訓練にいっそう適した動作を行うために、肢体をどのように動かせばよいか、動作方向と、動作速度、動作量、作用力などを判断する。そして、修正方法通知部３０１を通して、これらの情報と治療状態のステータスを治療者に通知する。
【００１０】
次に本発明の変形例である実施例３について図４を用いて説明する。図４において、４０１は筋電、脳波、心電図、心拍など治療者の生体情報を計測する生体情報計測部である。本実施例では，治療方法記憶部１０８に筋電など生体情報を加えた動作パラメータデータベースが作成される。そして軌道設定部１０６は、前記実施例における情報に加えて、生体情報計測部４０１の情報も考慮し、目標軌道と、目標インピーダンスを設定する。
【００１１】
【本発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、治療者の動作意志に従って肢体を動かすことができるため、肢体に過負荷が加わる危険性がなく、治療者にとって最適な訓練をすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の治療者用訓練装置の構成を示すブロック図
【図２】治療方法記憶部１０８に格納されたデータの構成を示す図
【図３】実施例２の構成を示すブロック図
【図４】実施例３の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０１  肢体固定部
１０２  機構部
１０３  負荷計測部
１０４  モータ
１０５  回転角検出計
１０６  軌道設定部
１０７  治療方法入力部
１０８  治療方法記憶部
１０９  変位算出部
１１０  サーボコントローラ
３０１  修正方法通知部
４０１  生体情報計測部